文档介绍：基于FPGA的DDS信号发生器设计
第1章绪论
系统背景
随着科技的不断发展,电子技术获得了飞速的发展,有力的推动了生产力的发展和社会信息化程度的提高,电子行业也经历着日新月异的变化。90年代后期,出现了以高级语言描述、系统级仿真和综合技术为特征的第三代EDA工具,极大地提高了系统设计的效率,使广大的电子设计师开始实现“概念驱动工程”的梦想。设计师们摆脱了大量的具体设计工作,而把精力集中于创造性的方案与概念构思上,从而极大地提高了设计效率,缩短了产品的研制周期。
现场可编程逻辑门阵列FPGA,与PAL、GAL器件相比,他的优点是可以实时地对外加或内置得RAM或EPROM编程,实施地改变迄今功能,实现现场可编程(基于EPROM型)或在线重配置(基于RAM型)。是科学试验、演技研制、小批量产品生产的最佳选择其间。
自上世纪70年代单片机问世以来,它以其体积小、控制功能齐全、价格低廉等特点赢得了广泛的好评与应用。由单片机构成的应用系统有有体积小、功耗低控制功能强的特点,它用利于产品的小型化、多功能化和智能化,还有助与提高仪表的精度和准确度,简化结构、减小体积与重量,便于携带与使用,降低成本,增强抗干扰能力,便于增加显示、报警和诊断功能。因而许多现代仪器仪表都用到了单片机。
选题目的及其意义
信号发生器它最原始的功能是能够产生多种波形,比如说它可以产生方波、三角波、正弦波、锯齿波等等。但随着科技的发展,它的功能也得到了增强,成为最普通、最基本的,也是应用最广泛的电子仪器之一,几乎所有的电参量的测量都需要用到多功能信号发生器。不论是在生产还是在科研与教学上,多功能信号源发生器都是电子工程师信号仿真实验的最佳工具。它除此之外还有许多的用途,它已经被广泛地应用于工业、教学、医学,科学研究等领域。
目前大部分信号发生器的设计是以微控制器为核心进行的,它与纯硬件设计的信号发生器相比,具有高精度、高可靠性、操作方便、价格便宜、智能化等特点,是智能化仪器的一个发展方向,具有一定的实用价值。
那么,对于我们来说,信号发生器的设计是让我们掌握并巩固所学的知识,提高自己动手能力的一个重要的途径。通过对它的设计,我们的能力可以得到很大的提高,这样就很利于我们今后自身的发展。
系统概述
本次毕业设计我所设计的是多功能信号发生器,它能够产生方波,三角波和正弦波三种基本波形。其电路采用FPGA 器件相结合的方法,充分利用和FPGA 器件的快速性、外设的替代性,采用数字技术,通过对三种波形输出进行控制,包括幅度控制和频率控制电压的控制,通过DAC0832转换输出、并将频率与幅度的大小送LCD显示等功能。同时对三种波形进行编辑。对键盘进行扫描判断,进入相应的功能程序。在各功能程序中,执行相应内容,将控制字送到DAC0832进行转换,从而对模拟波形的幅度进行控制,再经过放大输出。同时可以根据需要方便地实现各种比较复杂的调频、调相和调幅功能,具有良好的实用性。
设计方案论证
总体方案论证与比较
方案一: 采用模拟锁相环实现
模拟锁相环技术是一项比较成熟的技术。应用模拟锁相环,可将基准频率倍频,或分频得到所需的频率,且调节精度可以做到相当高、稳定性也比较好。但模拟锁相环模拟电路复杂,不易调节,成本较高,并且频率调节不便且调节范围小,输出波形的毛刺较多,得不到满意的效果。
方案二:采用直接数字频率合成,用单片机作为核心控制部件,能达到较高的要求,实现各种波形输出,但受限于运算位数和运算速度,产生的波形往往达不到满意效果,并且频率可调范围小,很难得到较高频率,并且单片机的引脚少,存储容量少,这就导致了外围电路复杂。
方案三:采用直接数字频率合成,用FPGA器件作为核心控制部件,精度高稳定性好,得到波形平滑,特别是由于FPGA的高速度,能实现较高频率的波形。控制上更方便,可得到较宽频率范围的波形输出,步进小,外围电路简单易实现。因此采用方案三。
DDS模块方案论证
方案一: 采用高性能DDS 单片电路的解决方案
随着微电子技术的飞速发展,目前高超性能优良的DDS 产品不断推出,m 、AD、Sciteg 和Stanford 等公司单片电路(monolithic)。m 公司推出了DDS 系列Q2220 、Q2230 、Q2334 、Q2240 、Q2368 ,其中Q2368 的时钟频率为130MHz, ,;美国AD 公司也相继推出了他们的DDS 系列:AD9850 、AD9851 、可以实现线性调频的AD9852 、两路正交输出的AD9854 以及以DDS 为核心的QPSK 调制器AD9853 、数字上变频器AD9856 和AD9857 。AD 公司的DDS 系列